高速列车运行效率与其牵引负载率相关,当列车在低牵引负载率场景（低限速、曲线、平缓坡道等）运行时,列车运行效率偏低,具有提升空间。既有自动驾驶控制鲜有考虑列车运行效率提升和能耗降低,随着列车自动驾驶技术的全面发展,设计考虑列车运行效率提升的节能驾驶控制器很有必要。因此,本文从改变牵引负载率进而提升列车运行效率角度出发,研究动力单元运行个数与系统效率间的关系,提出基于动力单元投切的高速列车效能提升策略,设计基于动力单元投切且考虑投切频率的节能速度跟踪控制器,旨在提升列车运行效率,降低列车运行能耗。首先,为准确描述列车运行过程,精确计算列车运行效率和运行能耗,基于列车受力分析建立高速列车运动学模型,根据列车运行过程中能量转换关系、牵引传动系统功率器件电气特性,建立轮周机械功率能耗模型、牵引变流器及牵引电机功率损耗模型。其次,建立高速列车运行效率与动力单元运行个数间的数学关系,以提升列车实时运行效率为目标,在整车控制约束和动力单元控制约束下研究基于动力单元投切的效能提升策略,并结合PID速度跟踪控制器进行策略有效性验证。结果表明,在结合PID控制器应用时,基于动力单元投切的效能提升策略对列车在低牵引负载区段能起到良好的效能提升效果,然而在起伏坡道场景下会导致列车出现动力单元频繁投切的问题。然后,结合效能提升策略,设计基于动力单元投切且考虑投切频率的节能速度跟踪控制器。将效能提升策略设计在速度跟踪控制器内,考虑策略执行时的列车运行速度误差及动力单元投切频率,构建以速度误差和投切频率最小的多目标优化问题模型;引入模型预测控制理论,设计具有预测功能和控制反馈的控制器框架;选择动态规划算法作为多目标问题的求解器,在建立状态空间时进行合理简化。最后,将本文所提控制器与不基于动力单元投切的速度跟踪控制器、基于动力单元投切但不考虑投切频率的速度跟踪控制器进行仿真对比,并对所提控制器进行不同目标权重的下的仿真试验。仿真结果表明,权重选取合适的所提控制器在具有良好速度跟踪性能及良好节能效果的同时减小了动力单元投切频率,控制效果符合设计需求。